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Glühlampe

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Einordnung: Lichttechnik

Die Glühlampe, aufgrund ihres birnenförmigen Kolbens umgangssprachlich oft als Glühbirne bezeichnet, ist eine künstliche Lichtquelle, in der sich ein elektrischer Leiter durch elektrischen Strom aufheizt und dadurch zum Leuchten angeregt wird.

Inhaltsverzeichnis
1 Aufbau

1.1 Glaskolben
1.2 Schutzgas
1.3 Glühfaden
1.4 Lampensockel

2 Lichtausbeute und Lebensdauer
3 Halogenglühlampen
4 Geschichte
5 Andere Lichtquellen
6 Siehe auch
7 Weblinks

Aufbau

Die Glühlampe besteht aus einem Befestigungssockel einschließlich der elektrischen Stromzuführungen und einem Glaskolben, der den Glühfaden und dessen Halterung vor der Außenumgebung abschirmt.

Glaskolben

Der Glaskolben schützt den Draht vor einer Verbrennung an der Luft. Die Größe des Kolbens richtet sich nach der Resublimationsrate des Draht-Materials. Alte Gühlampen bzw. Glühlampen mit hoher Leistung benötigen einen großen Glaskolben, damit sich der Niederschlag auf einer größeren Fläche verteilen kann und die Transparenz nicht allzu sehr einschränkt.

Schutzgas

Früher wurde der Glaskolben evakuiert. Heute sind die Glühlampen mit einem Schutzgas gefüllt. Das vereinfacht die Herstellung und reduziert die Sublimationsrate. Die bei einer Gasfüllung auftretenden Wärmeverluste durch Wärmeleitung begrenzt man durch die Wahl von möglichst schweren Inertgasmolekülen. Stickstoff-Argon-Gemische sind ein Zugeständnis an die Herstellungskosten. Teure Glühlampen enthalten Krypton oder Xenon (Atomgewichte: Stickstoff: 28,0134 Mol; Argon: 39,948; Krypton: 83,798; Xenon: 131,293)


Glühfaden

Die ersten Glühlampen enthielten einen Faden aus Kohle (Sublimationspunkt: 3550 °C), heute werden fast ausschließlich Drahtwendeln aus einer Wolfram-Osmium Legierung (Schmelzpunkt: 3410 °C beziehungsweise 3045 °C) verwendet. Die Draht ist meist doppelt gewendelt, um durch eine kleine Langmuir-Schicht die Wärmekonvektion zu begrenzen.

Glühlampen sollen bei handhabbaren Spannungen und Strömen betrieben werden. Beispielsweise erfordert eine Leistungsaufnahme von 60 W bei einer Betriebsspannung von 230 V und einem Betriebsstrom von 0,26 A einen elektrischen Widerstand des glühenden Drahtes von 882 Ohm. Der Draht muss deshalb lang und dünn sein.

Aufgrund der positiven Temperatur-Widerstands-Charakteristik fließen beim Einschalten einer Metalldraht-Glühlampe sehr hohe Einschaltströme, die sich durch die Zunahme des elektrischen Widerstands bei Temperaturerhöhung auf die Betriebswerte begrenzen. Demgegenüber zeigt eine Kohlenfadenlampe ein sanfte Zunahme der Helligkeit beim Einschalten, da erst mit steigender Temperatur genügend Ladungsträger für den Stromtransport freigesetzt werden.


Lampensockel

Die Form und die Bezeichnung des Gewindes als Sockel einer Glühlampe geht auf Edison zurück.

Ãœblich sind:

Daneben existieren eine Reihe weiterer Sockel:

Lichtausbeute und Lebensdauer

Fast die gesamte der Lampe zugeführten Energie wird in Strahlung umgesetzt, die Verluste durch Wärmeleitung und -konvektion sind gering. Aber nur ein kleiner Wellenlängenbereich der Strahlung ist für das menschliche Auge sichtbar. Der Hauptanteil liegt im unsichtbaren Infrarot-Bereich und wird als Wärme wahrgenommen. Die Lichtausbeute erreicht bei einer Glühfadentemperatur von ca. 7000 K einen Anteil von maximal ca. 15%. Praktisch erreichbare Temperaturen liegen bei 3400 K und einem Lichtanteil von 5%.

Mit steigender Temperatur nimmt die Lichtausbeute einer Glühbirne zu, aber die Brenndauer fällt drastisch ab. Bei 2700 K erreichen konventionelle Glühlampen eine Standzeit von ca. 1000 Stunden, bei 3400 K (Studiolampen) von nur wenigen Stunden. Wie das Diagramm rechts zeigt, verdoppelt sich die Helligkeit, wenn man die Betriebsspannung um 20% erhöht. Gleichzeitig reduziert sich die Lebensdauer um 95%.

Eine Halbierung der Nominalspannung (zum Beispiel durch Reihenschaltung zweier gleichartiger Glühlampen) verringert den Wirkungsgrad, verlängert aber die Lebensdauer um mehrere (!) Größenordungen.

Die hohen Einschaltströme von Metalldraht-Glühlampen belasten die Glühwendel an ihren Zuleitungen, insbesondere bei Halogen-Glühlampen (s.u.). Elektronische Vorschaltgeräte zur Strombegrenzung für Glühlampen werden bisher selten eingesetzt.

Halogenglühlampen


Die Zugabe des Halogens Iod steigert die Lebensdauer auf 2000-4000 Stunden -- bei einer Betriebstemperatur von ca. 3000 K. Die sogenannten Halogenglühlampen erreichen eine Lichtausbeute von 30 lm/W, im Vergleich zu ca. 15 lm/W bei 2700 K.

Das Iod reagiert (zusammen mit Restsauerstoff) mit den vom Glühdraht verdampften Wolframatomen und stabilisiert eine wolframhaltige Atmosphäre. Der Prozess ist reversibel. Bei heißen Temperaturen zerfällt die Verbindung wieder in ihre Elemente, Wolframatome kondensieren auf der Glühwendel. Kleine Temperaturdifferenzen spielen für die Zersetzung nur eine untergeordnete Rolle. Die Vorstellung, dass sich Wolfram ausschließlich an den dünnen überhitzten Bereichen der Wendel niederschlagen würde, ist leider falsch 1

Der Halogenzusatz verhindert den Niederschlag von Wolfram auf dem Glaskolben, vorausgesetzt die Glas-Temperatur ist höher als etwa 250 °C. Aus diesem Grund ist der Glaskolben einer Halogenlampe sehr kompakt und aus dickwandigem hochtemperaturbeständigem Quarzglas gefertigt. Das kleine Volumen ermöglicht zur Reduktion der Wärmeleitung die Befüllung mit schweren Edelgasen zu vertretbaren Kosten. Verunreinigungen auf dem Kolben, zum Beispiel Fingerabdrücke durch Anfassen des Glases, verkohlen im Betrieb, führen lokal zu Temperaturerhöhungen oder Mikrokristallisierung, die zum Platzen des Quarz-Glaskolbens führen können.

Geschichte

Erste Versuche in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts zur Herstellung von Glühlampen verwendeten als Leuchtdraht einen Kohlenfaden oder verkohlten Bambusfaden unter einer evakuierten Glasglocke.

Im Jahr 1893 konnte in einem Patentprozess nachgewiesen werden, dass Heinrich Göbel bereits im Jahr 1854 die erste Glühlampe erfand. Edison verbesserte die Glühlampe 25 Jahre später, so dass sie zu Beleuchtungszwecken eingesetzt werden und industriell gefertigt werden konnte. Seine Glühlampe bestand aus einer Glasbirne, aus der die Luft herausgepumpt war. In ihr war ein verkohlter Nähfaden. Er glühte hell wenn durch ihn (aus einer Batterie) Strom floss. Obwohl sie nur 40 Stunden lang leuchtete, verdrängte sie die bis dahin übliche Gasbeleuchtung.


Die erste deutsche Glühlampe wurde in Stützerbach, Thüringen, hergestellt.

Dieter Binninger erfand für seine Mengenlehreuhr eine langlebige (150000h) "Ewigkeitsglühbirne"

Andere Lichtquellen

Lichtquellen mit besserem Wirkungsgrad sind die Leuchtstofflampe, die auch in ihrer kompakte Form als Energiesparlampe gebräuchlich ist, Metalldampflampen, Bogenlampen und Gasentladungslampen. In Entwicklung sind derzeit Lichtquellen mit hoher Lichtausbeute auf Basis von Leuchtdioden, die in wenigen Jahren Glühlampen ersetzen sollen.

Siehe auch

Nernstlampe, Lavalampe, Beleuchtung, Glühbirnen-Witz, Ewigkeitsglühbirne

Weblinks



Peter Berz, Helmut Höge und Markus Krajewski (Hrsg.), Das Glühbirnenbuch, Reihe ArtExit, edition selene, Wien, 2001





Info Hinweis: Dieser Artikel basiert auf dem Ursprungsartikel Glühlampe aus der Wiki pedia und er steht unter der GNU-Lizenz link fuer freie Dokumentation, eine Autoren-Liste ist ebenfalls verfuegbar.